一种硫化型催化剂的开工方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂的开工方法,特别是一种硫化型催化剂的开工方法。
背景技术
近年来原油劣质化倾向日益明显,而各国对清洁燃料的需求却日益增加,加氢工艺作为生产清洁燃料最有效的手段之一,以其高效的加氢催化剂成为加氢工艺的技术关键。常规的加氢催化剂活性金属为氧化态,而实际使用时真正起活性作用的物质为硫化态,所以在使用前需在反应器内进行硫化。
常规的加氢催化剂为氧化态,而实际使用时真正起活性作用的物质为硫化态,所以在使用前需在反应器内进行硫化。专利CN1171430A中描述了一种典型的器内预硫化方法,其中硫化剂选用二硫化碳或二甲基二硫醚等,硫化剂气体与催化剂的体积比一般为300~600,硫化在常压或高压下进行,一般的升温和恒温程序为在200~240℃下硫化2~6小时,再在320~360℃硫化8~12小时。由于器内预硫化在炼厂进行,需要专门的设备,这不仅增加了生产成本,而且硫化容易对人和环境造成污染,因此国内外科研人员积极寻求解决办法,器外预硫化应运而生。
器外预硫化是指催化剂在装入反应器前与硫化剂结合,再装入反应器中。开工时,需要通入H2,随着温度的升高,硫化剂分解生成硫化氢,从而使加氢活性金属转化为硫化物。CN1362493A公开了一种重质油加氢处理催化剂的硫化方法,其特点是将固态硫化物与催化剂混合,采用低温干法硫化和高温湿法硫化相结合的手段,从而制得硫化型催化剂。与器内硫化相比,器外预硫化技术具有开工时间短、开工步骤简单、炼厂设备投资少、对人危害小,以及对环境污染小等优点。CN200910204284.5公开了一种渣油加氢工艺的开工方法,按渣油加氢工艺的要求,对所选的催化剂进行器外预硫化,催化剂装入反应器、升温、活化后,切换渣油原料进行加氢处理。该方法仅将渣油加氢工艺需要的部分催化剂进行器外预硫化处理,在保持器外预硫化工艺优点的同时,节省了生产成本,降低了催化剂损耗。这两个专利的预硫化原料均为固体硫,在氢气下分解温度为100℃左右,由于加氢装置的反应器材质的限制以及生产安全性等方面的考虑,装置的高压气密需在整个装置的最低温度达到92℃,这样反应器的入口温度至少达到150℃以上进行,装置高温气密前已经开始硫化反应。硫化氢在气密前就进入循环氢中,一旦气密不合格放空,则导致硫化剂不足进而影响催化剂的硫化效果。因此装置气密问题目前已成为器外预硫化技术应用推广亟待解决的难题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种硫化型催化剂的开工方法,开工过程中使用的催化剂组合物在硫化时,低温下有机化合物与多硫化物形成中间体,固定多硫化物,阻碍其与氢气的反应,使装置的高温气密顺利进行,而且该有机化合物和多组分的烃类辅助物相匹配,还可以使硫化反应的放热峰弥散,避免床层飞温。本发明开工方法硫化时无需外加硫化剂,既能保证催化剂的硫化质量,又能解决装置的气密难题。
针对现有技术中存在的不足,本发明提供了一种硫化型催化剂的开工方法,所述开工方法包括如下内容:
(1)将硫化型催化剂组合物装入反应器中,进行氮气气密;
(2)氮气气密合格后逐步引入氢气,进行氢气低压气密,低压气密合格后升温,当反应器入口温度至130~180℃后升压进行高压气密;
(3)高压气密合格后,调整压力至反应压力,然后继续升温至230~320℃硫化1~8h直至硫化完成;
(4)调整温度至反应温度,进原料油开始进行加氢反应;
其中,所述硫化型催化剂组合物包括:
氧化态加氢催化剂;
固体硫,所述固体硫用量为加氢催化剂金属组分理论需硫量的85%~150%,优选为95%~120%;
辅助物,所述辅助物用量为加氢催化剂重量的1%~50%,优选为5~30%;
有机化合物,所述有机化合物用量为催化剂重量的的2%~50%,优选为5~30%;
水合肼,所述水合肼的用量为固体硫用量的20%~160%。
本发明开工方法中,步骤(2)中所述低压气密时的压力为1.0~3.0MPa,高压气密时的压力为反应压力的120%~200%,以具体装置的操作压力为准。本发明开工方法中,为保证加氢装置的安全性,气密的压力和温度需严格遵照压力容器的要求进行操作,具体的操作方法为本领域技术人员所熟知。
本发明开工方法中,步骤(4)中加氢反应条件如反应压力、温度、氢油比和空速等根据反应的原料油的性质、目的产品要求和催化剂性能由本领域技术人员确定。一般反应压力为1.0~20.0MPa、温度150~450℃、氢油比200~2000、空速1.0~10.0h-1。所述的原料油可以为能够加氢的各种原料及其混合物。
本发明开工方法中,当高压气密合格后,可以采用干法硫化,既硫化过程不进油,也可以使用湿法硫化,所述湿法硫化在气密后引入开工油,开工油为直馏汽油,直馏煤油和直馏柴油的一种。
上述开工方法中,所述的固体硫为硫粉。
上述开工方法中,所述的辅助物为烃类,优选干点小于400℃的饱和烃和不饱和烃,最优选石油烃和羧酸酯中的一种或几种,其中,所述的石油烃可以是石脑油、白油、汽油、煤油、柴油、润滑油基础油,脱沥青油、直馏油和减压馏分油中的一种或几种,优选为含有不饱和烃的石油烃,如催化汽油、催化柴油、焦化汽油、焦化柴油中的一种或几种;所述的羧酸酯可以是饱和的也可以是不饱和的含5-60个碳原子的羧酸酯,具体为如芝麻油、红花籽油、玉米油,棉籽油、花生油、菜籽油、豆油、核桃油、椰子油、 橄榄油、葵花籽油、猪油、乙酸正丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、环己酸异丙酯、六亚甲基-1,6二异氰酸酯、磷酸三乙酯、苯乙酸甲酯、苯乙酸异丁酯、对苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸丁酯,以及同类其它有机羧酸酯等中的一种或几种。石油烃和羧酸酯可以分别单独使用,也可以混合后使用,当混合使用时,石油烃和羧酸酯的重量比为1:5~30:1,优选为1:2~20:1。
上述开工方法中,所述的有机化合物为四羟甲基磷盐及其同系物,具体可以为四羟甲基氯化磷及其同系物、四羟甲基硫酸磷及其同系物中的一种或几种,取代的烃类可以相同,也可以不同,可以是饱和或不饱和、直链或支链、环烷基或芳香基,烃类的碳原子数可以为1~10。具体可以为四羟乙基氯化磷,四羟基苯胺甲基氯化磷,四羟基苯甲基氯化磷,四羟基丙基氯化磷,四羟基乙烯基氯化磷,四羟乙基甲基硫酸磷,四羟基苯胺甲基硫酸磷,四羟基苯甲基硫酸磷,四羟基丙基硫酸磷,四羟基乙烯基硫酸磷中的一种或几种。
上述开工方法中,所述的加氢催化剂为加氢精制催化剂、加氢裂化催化剂、加氢处理催化剂中的任一种。一般以耐熔无机氧化物为载体,如氧化铝、氧化硅、无定型硅铝、氧化钛、分子筛、以及各几种元素的复合氧化物或混合氧载体等,活性金属组分一般为W、Mo、Ni和Co中的一种或几种,同时可以含有助剂。加氢催化剂载体、活性金属组分及助剂的选择和用量可以按照本领域一般知识根据应用的需要具体确定,对于烃类加氢催化剂而言,以氧化物计的加氢金属组分含量一般为催化剂重量的1%~90%,通常为3%~50%。加氢催化剂理论需硫量为催化剂上所含金属组分转化为硫化物(Co9S8、MoS2、Ni3S2、WS2)时需要硫的量。
上述开工方法中,所述硫化型催化剂组合物的制备方法包括如下步骤将有机化合物负载到催化剂上,然后再引入固体硫和辅助物,进行低温热处理,最后负载水合肼再经低温热处理;或者也可以先引入固体硫和辅助物,进行低温热处理,再引入有机化合物,第二次低温热处理。最后引入水合肼,第三次低温热处理得到最终催化剂。
上述催化剂组合物的制备方法中,所述低温热处理的温度为20~200℃,优选为60~160℃,时间为1~24h,优选为3~12h。
上述催化剂组合物的制备方法中,所述低温热处理可在空气、氮气或惰性气体气氛下进行。
与现有的技术相比,本发明所述开工方法具有如下优点:
1、本发明开开工方法解决了器外预硫化催化剂在开工时装置高温气密和硫化剂反应温度低的问题,催化剂组合物中的有机化合物可以在器外预硫化催化剂的制备过程中,在水合肼的作用下与反应生成的少量多硫化物形成中间体,使反应向右进行,促进硫粉与辅助物烃类反应生成更多的多硫化物,从而生成大量中间体。催化剂在开工硫化时,低温下有机化合物与多硫化物形成的中间体固定多硫化物,阻碍其与氢气的反应,使装置的高温气密顺利进行,当温度上升到一定高度后有机化合物和多硫化物形成的中间体分解,多硫化物与氢气及金属反应进行催化剂的硫化,既能保证催化剂的硫化质量,又能解决装置的气密难题。
2、本发明催化剂组合物中的有机化合物在水合肼的作用下与有机硫化物可以在器外预硫化催化剂的制备过程中形成中间体,生成的中间体均匀负载在催化剂的表面和孔道中,使催化剂的硫化均匀而且彻底,有利于提高催化剂的加氢活性。而且该有机化合物和多种有机硫化物相匹配,还可以使硫化反应的放热峰弥散,避免床层飞温。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明的技术特点,但这些实施例不能限制本发明。
实施例1
(1)加氢催化剂A的制备
取100g氧化态催化剂用75wt%四羟甲基硫酸磷的水溶液36g喷淋,室温陈化8小时后取催化柴油20mL与之混合,混合后静置20min,取硫粉8g与之再次混合,将样品放入转炉中进行低温热处理,低温热处理条件为:以3℃/min的速率升温至120℃,恒温3小时。样品冷却后用10ml水合肼喷淋样品,之后放入转炉中进行低温热处理,低温热处理条件为:以3℃/min的速率升温至100℃,恒温3小时。即得加氢处理催化剂A。
(2)催化剂开工方法及评价
将硫化型加氢催化剂装入反应器中,进行氮气气密;氮气气密合格后逐步引入氢气,进行氢气低压气密,低压气密压力为2.0MPa,低压气密合格后加热炉点火升温,至反应器入口温度达到150℃后开始升压进行高压气密,高压气密压力8MPa,高压气密合格后降至反应压力6.0MPa,引入直馏煤油,恒温4小时后继续升温至280℃,升温的同时完成硫化。换进常三线原料油继续升温至反应温度350℃,恒温8h后取样分析。硫化过程中对尾气进行取样分析,硫化物的含量见表1。反应条件为:压力6.0MPa,空速1.5,温度350℃,氢油比1000。常三线原料油其密度为0.886g/cm3,硫含量为11248μg/g,氮含量为557μg/g,评价结果见表2。
实施例2
(1)加氢催化剂B的制备
取焦化汽油20mL喷淋工业生产的氧化态催化剂100g,混合后静置20min,取硫粉8g与之再次混合,将样品放入转炉中进行低温热处理,低温热处理条件为:以3℃/min的速率升温至150℃,恒温3小时。样品冷却后加入75%四羟甲基硫酸磷的水溶液36g,陈化8小时后将样品放入转炉中进行第二次低温热处理,低温热处理条件为:以3℃/min的速率升温至100℃,恒温3小时。样品冷却后用10ml水合肼喷淋样品,进行第三次低温热处理,处理条件与第二次相同。即得加氢处理催化剂B。
(2)催化剂开工方法及评价
催化剂开工方法及评价与实施例1的步骤(2)相同,硫化物的含量见表1。评价结果见表2。
实施例3
(1)加氢催化剂C的制备
取焦化汽油10mL与棉籽油15mL混合喷淋工业生产的氧化态催化剂100g,混合静置20min,取硫粉8g与之再次混合,将样品放入转炉中进行第一次低温热处理,低温热处理条件为:以3℃/min的速率升温至150℃,恒温3小时。取四羟甲基氯化磷14g,用30ml水稀释后喷淋第一次低温热处理的样品,陈化8小时后将样品放入转炉中进行第二次低温热处理,低温热处理条件为:以3℃/min的速率升温至120℃,恒温3小时。样品冷却后用12ml水合肼喷淋样品,喷淋后将样品放入转炉中进行第三次低温热处理,处理条件与第二次相同。即得加氢处理催化剂C。
(2)催化剂开工方法及评价
将硫化型加氢催化剂装入反应器中,进行氮气气密;氮气气密合格后逐步引入氢气,进行氢气低压气密,气密压力为2.0MPa,气密合格后加热炉点火升温,至反应器入口温度150℃开始升压进行高压气密。气密压力8MPa,高压气密合格后降至反应压力6.0MPa,继续升温至280℃,升温的同时完成硫化。引入常三线原料油,恒温4小时后,继续升温至反应温度350℃,恒温8h后取样分析。硫化过程中对尾气进行取样分析,硫化物的含量见表1。反应条件为:压力6.0MPa,空速1.5,温度350℃,氢油比1000。常三线原料油其密度为0.886g/cm3,硫含量为11248μg/g,氮含量为557μg/g,评价结果见表2。
实施例4
(1)加氢催化剂D的制备
制备方法与实施例1相同,只将四羟甲基硫酸磷36g换成四羟甲基氯化磷13g,即得加氢处理催化剂D。
(2)催化剂开工方法及评价
催化剂开工方法及评价与实施例1的步骤(2)相同,硫化物的含量见表1。评价结果见表2。
实施例5
(1)加氢催化剂E的制备
制备方法与实施例2相同,只将四羟甲基硫酸磷36g换成四羟基苯甲基硫酸磷44g,即得加氢处理催化剂E。
(2)催化剂开工方法及评价
催化剂开工方法及评价与实施例1的步骤(2)相同,硫化物的含量见表1。评价结果见表2。
实施例6
(1)加氢催化剂F的制备
制备方法与实施例3相同,只将四羟甲基氯化磷14g换成四羟基苯胺甲基氯化磷21g,即得加氢处理催化剂F。
(2)催化剂开工方法及评价
催化剂开工方法及评价与实施例1的步骤(2)相同,硫化物的含量见表1。评价结果见表2。
比较例1
(1)加氢催化剂G的制备
取工业生产的氧化态催化剂100g,加入硫粉8g,焦化汽油20mL混合静置20min,将样品放入转炉中进行低温热处理,低温热处理条件为:以3℃/min的速率升温至140℃,恒温3小时。即得加氢处理催化剂G。
(2)催化剂开工方法及评价
催化剂开工方法及评价与实施例1的步骤(2)相同,硫化物的含量见表1。评价结果见表2。
比较例2
(1)加氢催化剂H的制备
与实施例3相比基本相同,不同之处在于不使用水合肼,第二次低温热处理后即得加氢处理催化剂H。
(2)催化剂开工方法及评价
催化剂开工方法及评价与实施例1的步骤(2)相同,硫化物的含量见表1。评价结果见表2。
表1 尾气中硫化物分析结果
表2 催化剂的评价结果
由表1可以看出,硫粉和辅助物直接负载在催化剂上,在低温下即100℃时固体硫就与氢气反应生成硫化氢,并且温度越高硫化氢的浓度越大,而装置的高压气密一般在150℃,如果气密不合格,放空将损失硫化剂,使后续的金属硫化不完全,影响催化剂的活性。而且硫与氢气的反应是强放热过程,在工业上加氢反应器为绝热反应器,反应放出的热量使床层温度升高,进而加速反应使床层飞温。而本发明的催化剂中的有机化合物在制备过程中与生成的多机硫化物形成中间体,均匀负载在催化剂的表面和孔道中,在催化剂硫化时低温下<180℃有机化合物与有机硫化物形成的中间体不分解,固定硫化物,阻碍其与氢气的反应,使装置的高温气密顺利进行,当温度上升到180℃后有机化合物和硫化物分解,硫化物与氢气及金属反应进行催化剂的硫化,既能保证催化剂的硫化质量,又能解决装置的气密难题。由表2可知,催化剂的加氢活性高,催化剂的制备工艺简单,经济性好。催化剂为硫化型催化剂,开工过程简单,开工所需时间大幅减少。